ЛЕКЦИЯ № 9
ГИПОКСИЯ
ПЛАН
1. Понятие о гипоксии как типическом патологическом процессе.
2. Виды гипоксии: гипоксическая, дыхательная, гемическая, циркуляторная, тканевая и смешанная; гипоксия нагрузки.
3. Патогенез гипоксии. Механизмы компенсаторно-приспособительных реакций быстрого действия.
4. Механизмы долговременной адаптации к гипоксии.
5. Патологические нарушения в органах и физиологических системах.
Гипоксия, или кислородное голодание – типический патологический процесс, развивающийся в результате недостаточного снабжения тканей кислородом или нарушения использования его тканями.
Виды гипоксии.
В основу классификации положены причины и механизмы развития кислородного голодания. Различают следующие виды гипоксии: гипоксическую, дыхательную, гемическую, циркуляторную, тканевую и смешанную; гипоксию нагрузки.
1. Гипоксическая, или экзогенная, гипоксия развивается при снижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Наиболее типичным примером гипоксической гипоксии может служить горная болезнь. Её проявления находятся в прямой зависимости от высоты подъёма. В эксперименте гипоксическая гипоксия моделируется при помощи барокамеры, а также с использованием дыхательных смесей, бедных кислородом.
2. Дыхательная, или респираторная, гипоксия возникает в результате нарушения внешнего дыхания, в частности нарушения легочной вентиляции, кровоснабжения лёгких или диффузии в них кислорода, при которых нарушается оксигенация артериальной крови.
3. Кровяная, или гемическая, гипоксия возникает в связи с нарушениями в системе крови, в частности с уменьшением её кислородной ёмкости. Гемическая гипоксия подразделяется на анемическую и гипоксию вследствие инактивации гемоглобина.
В патологических условиях возможно образование таких соединений гемоглобина, которые не могут выполнять дыхательную функцию. Таким является карбоксигемоглобин – соединение – гемоглобина с окисью углерода (СО). Сродство гемоглобина к СО в 300 раз выше, чем к кислороду, что обусловливает высокую ядовитость угарного газа: отравление наступает при ничтожных концентрациях СО в воздухе. При этом инактивируются не только гемоглобин, но и железосодержащие дыхательные ферменты. При отравлении нитратами, анилином образуется метгемоглобин, в котором трёхвалентное железо не присоединяет кислород.
4. Циркуляторная гипоксия развивается при местных и общих нарушениях кровообращения, причём в ней можно выделить ишемическую и застойные формы.
Если нарушения гемодинамики развивается в сосудах большого круга кровообращения, насыщение крови кислородом в лёгких может быть нормальным, однако при этом страдает доставка его к тканям. При нарушении гемодинамики в системе малого круга страдает оксигенация артериальной крови.
Циркуляторная гипоксия может быть вызвана не только абсолютной, но и относительной недостаточностью кровообращения, когда потребность тканей в кислороде превышает его доставку. Такое состояние может возникнуть, например, в сердечной мышце при эмоциональных напряжениях, сопровождающихся выделением адреналина, действие которого хотя и вызывает расширение венечных артерий, но в то же время значительно повышает потребность миокарда в кислороде.
К этому виду гипоксии относится кислородное голодание тканей в результате нарушения микроциркуляции, которая, как известно, представляет собой капиллярный крово- и лимфоток, а также транспорт через капиллярную сеть и мембраны клеток.
5. Тканевая гипоксия - нарушение в системе утилизации кислорода. При этом виде гипоксии страдает биологическое окисление на фоне достаточного снабжения тканей кислородом. Причинами тканевой гипоксии являются снижение количества или активности дыхательных ферментов, разобщение окисления и фосфорилирования.
Классическим примером тканевой гипоксии, при которой происходит инактивация дыхательных ферментов, в частности цитохромоксидазы – конечного фермента дыхательной цепи, является отравление цианидами. Алкоголь и некоторые наркотики (эфир, уретан) в больших дозах угнетают дегидрогеназы.
6. Смешанная гипоксия. Перечисленные выше отдельные виды кислородного голодания встречаются редко, чаще всего наблюдаются различные их комбинации. Например, хроническая гипоксия любого генеза обычно осложняется поражением дыхательных ферментов и присоединением кислородной недостаточности тканевого характера. Это дало основание выделить шестой вид гипоксии – смешанную гипоксию.
7. Гипоксия нагрузки. Выделяют ещё и гипоксию нагрузки, которая развивается на фоне достаточного или даже повышенного снабжения тканей кислородом. Однако повышенное функционирование органа и значительно возросшая потребность в кислороде могут привести к неадекватному кислородному снабжению и развитию метаболических нарушений, характерных для истинной кислородной недостаточности. Примером могут служить чрезмерные нагрузки в спорте, интенсивная мышечная работа. Этот вид гипоксии является пусковым механизмом развития утомлении.
ПАТОГЕНЕЗ
Гипоксия развивается в две стадии – компенсации и декомпенсации. Сначала благодаря включению компенсаторно-приспособительных реакций оказывается возможным поддержать нормальное снабжение тканей кислородом вопреки нарушению его доставки. При истощении приспособительных механизмов развивается стадия декомпенсации или собственно кислородное голодание.
1. Компенсаторно-приспособительные реакции при гипоксии развиваютсяв системах транспорта и в системе утилизации кислорода. Кроме того, выделяют механизмы«борьбы за кислород»и механизмы приспособления к условиям пониженного тканевого дыхания.
а) Увеличение легочной вентиляции происходит в результате рефлекторного возбуждения дыхательного центра импульсами с хеморецепторов сосудистого русла, главным образом синокаротидной и аортальной зон, которые обычно реагируют на изменение химического состава крови и в первую очередь на накопление углекислоты (гиперкапния) и ионов водорода.
б) Усиление кровообращения направлено на мобилизацию средств доставки кислорода тканям (гиперфункция сердца, увеличение скорости кровотока, расширение нефункционирующих капилляров сосудов). Не менее важной характеристикой кровообращения в условиях гипоксии является перераспределение крови в сторону преимущественно кровоснабжения жизненно важных органов и поддержание оптимального кровотока в лёгких, сердце, головном мозге вследствие уменьшения кровоснабжения кожи, селезёнки, мышц, кишок. Наличие в организме своеобразной оксигенотопографии и её динамических колебаний – важный приспособительный механизм при гипоксии. Перечисленные изменения кровообращения регулируются рефлекторными и гормональными механизмами, а также тканевыми продуктами изменённого обмена, которые обладают сосудорасширяющим действием.
в) Повышение количества эритроцитов и гемоглобина увеличивает кислородную ёмкость крови. Выброс крови из депо может обеспечить экстренное, но непродолжительное приспособление к гипоксии. При более длительной гипоксии усиливается эритропоэз в костном мозге, о чём свидетельствует появление ретикулоцитов в крови, увеличение количества митозов в эритро-нормабластах и гиперплазия костного мозга. Стимуляторами гемопоэза являются эритропоэтины почек, а также продукты распада эритроцитов, который имеет место при гипоксии.
г) Изменение кривой диссоциации оксигемоглобина. При гипоксии повышается способность молекулы гемоглобина А присоединять кислород в лёгких и отдавать его тканям. Артериальная кровь может быть насыщена кислородом больше, чем обычно. При этом ткани могут получать больше кислорода из крови. Имеются данные о повышении содержания в крови фетального гемоглобина, который имеет более высокое сродство к кислороду.
Механизмы долговременной адаптации к гипоксии. Описанные выше приспособительные изменения развиваются в наиболее реактивных системах организма, ответственных за транспорт кислорода и его распределение. Однако аварийная гиперфункция внешнего дыхания и кровообращения не может обеспечить стойкого и длительного приспособления к гипоксии, так как требует для своего осуществления повышенного потребления кислорода, сопровождается повышением интенсивности функционирования структур (ИФС) и усилением распада белков. Аварийная гиперфункция требует со временем структурного и энергетического подкрепления, что обеспечивает не просто выживание, а возможность активной физической и умственной работы при длительной гипоксии.
1.Явление гипертрофии и гиперплазии. Установлено, что в системах, ответственных за транспорт кислорода, развиваются явления гипертрофии и гиперплазии – увеличивается масса дыхательных мышц, легочных альвеол, миокарда, нейронов дыхательного центра; усиливается кровоснабжение этих органов за счёт увеличения количества функционирующих капиллярных сосудов и их гипертрофии (увеличения диаметра и длины). Это приводит к нормализации интенсивности функционирования структур (ИФС). Гиперплазию костного мозга тоже можно рассматривать как пластическое обеспечение гиперфункции системы крови.
2. Изменение дыхательных ферментов. В процессе длительной адаптации к гипоксии происходят качественные изменения конечного фермента дыхательной цепи – цитохромоксидазы, а возможно, и других дыхательных ферментов, в результате чего повышается их сродство к кислороду.
3. Увеличение количества дыхательных ферментов и митохондрий. Одним из механизмов адаптации к гипоксии является увеличение количество дыхательных ферментов и мощности системы митохондрий путём увеличения количества митохондрий. Масса митохондрий увеличивается, что означает увеличение числа дыхательных цепей. Таким путём восстанавливается или повышается способность клетки вырабатывать энергию вопреки недостатку кислорода в притекающей крови.
Описанные процессы происходят главным образом в органах с наиболее интенсивной адаптационной гиперфункцией при гипоксии, т.е. ответственных за транспорт кислорода (лёгкие, сердце, дыхательные мышцы, эритробластический росток костного мозга), а также наиболее страдающих от недостатка кислорода (кора головного мозга, нейроны дыхательного центра). Эта фундаментальная перемена на клеточном уровне меняет характер адаптационного процесса при гипоксии. Расточительная гиперфункция внешнего дыхания, сердца и кровообращения становится излишней. Развивается устойчивая и экономная адаптация.
4. Изменение функции эндокринной сиситемы. Повышению устойчивости тканей к гипоксии способствует активизация гипоталамо-гипофизарной системы и коры надпочечных желез. Глюкокортикоиды активируют некоторые ферменты дыхательной цепи, стабилизируют мембраны лизосом.
Патологические нарушения в органах и физиологических системах.
Нарушения, характерные для гипоксии, развиваются при недостаточности или истощении приспособительных механизмов.
1. Нервная система. Первыми признаками кислородного голодания являются нарушения нервной деятельности. Ещё до появления грозных симптомов кислородного голодания возникает эйфория. Это состояние характеризуется эмоциональным и двигательным возбуждением, ощущением собственной силы или, наоборот, потерей интереса к окружающему, неадекватностью поведения. При длительной гипоксии наблюдаются более тяжёлые обменные и функциональные нарушения в нервной системе. Развивается торможение, нарушается рефлекторная деятельность, расстраивается регуляция дыхания и кровообращения. Потеря сознания и судороги являются грозными симптомами тяжёлого течения кислородного голодания.
2. Сердечно-сосудистая система. По чувствительности к кислородному голоданию второе место после нервной системы занимает сердечная мышца. Нарушение возбудимости, проводимости и сократимости миокарда клинически проявляется тахикардией и аритмией. Недостаточность сердца, а также снижение тонуса сосудов в результате нарушения деятельности вазомоторного центра приводят к гипотензии и общему нарушению кровообращения. Последнее обстоятельство сильно осложняет течение патологического процесса, какой бы ни была первоначальная причина гипоксии.
3. Дыхательная система. Нарушение внешнего дыхания заключается в нарушении легочной вентиляции. Изменение ритма дыхания часто приобретает характер периодического дыхания Чейн - Стокса. Особое значение имеет развитие застойных явлений в лёгких. При этом альвеолярно-капиллярная мембрана утолщается, в ней развивается фиброзная ткань, ухудшается диффузия кислорода из альвеолярного воздуха в кровь.
4. Пищеварительная система. В пищеварительной системе наблюдается угнетение моторики, снижение секреции пищеварительных соков желудка, кишок и поджелудочной железы.
5. Мочеполовая система. Первоначальная полиурия сменяется нарушением фильтрационной способности почек.
6. Эндокринная система. В коре надпочечных желез первоначальные признаки активации сменяются истощением.
7. Терморегуляция. В тяжёлых случаях гипоксии снижается температура тела, что объясняется понижением обмена веществ и нарушением терморегуляции.
Толковый словарь
к лекции № 9
ГИПОКСИЯ
- оксигенация – насыщение ткани (крови) кислородом.
- анемия - заболевание, характеризующееся уменьшением количества эритроцитов и гемоглобина.
- гиперкапния - накопление в крови углекислоты.
- эритропоэз - формирование и созревание эритроцитов.
- гемопоэз - формирование и созревание элементов и клеток крови.
- тахикардия - учащение и увеличение количества сердечных сокращений
- аритмия - нарушение ритма сердечных сокращений.
ВОПРОСЫК СЕМИНАРУ
по теме:
ГИПОКСИЯ
1. Понятие о гипоксии как типическом патологическом процессе. Виды гипоксии: гипоксическая, дыхательная, гемическая.
2. Виды гипоксии: циркуляторная, тканевая и смешанная; гипоксия нагрузки.
3. Патогенез гипоксии. Механизмы компенсаторно-приспособительных реакций быстрого действия.
4. Механизмы долговременной адаптации к гипоксии.
5. Патологические нарушения в органах и физиологических системах.
ТЕСТЫ
1. Гипоксичная гипоксия развивается в следствие:
а) нарушения в системе утилизации кислорода тканями;
б) снижения парциального давления кислорода в воздухе;
в) нарушения внешнего дыхания;
г) нарушения в системе крови;
д) местного и общего нарушения кровообращения;
е) комбинации различных видов гипоксии.
2. Респираторная гипоксия развивается вследствие:
а) нарушения в системе утилизации кислорода тканями;
б) снижения парциального давления кислорода в воздухе;
в) нарушения внешнего дыхания;
г) нарушения в системе крови;
д) местного и общего нарушения кровообращения;
е) комбинации различных видов гипоксии.
3. Кровяная или гемическая гипоксия развивается вследствие:
а) нарушения в системе утилизации кислорода тканями;
б) снижения парциального давления кислорода в воздухе;
в) нарушения внешнего дыхания;
г) нарушения в системе крови;
д) местного и общего нарушения кровообращения;
е) комбинации различных видов гипоксии.
4. Циркуляторная гипоксия развивается вследствие:
а) нарушения в системе утилизации кислорода тканями;
б) снижения парциального давления кислорода в воздухе;
в) нарушения внешнего дыхания;
г) нарушения в системе крови;
д) местного и общего нарушения кровообращения;
е) комбинации различных видов гипоксии.
5. Тканевая гипоксия развивается вследствие:
а) нарушения в системе утилизации кислорода тканями;
б) снижения парциального давления кислорода в воздухе;
в) нарушения внешнего дыхания;
г) нарушения в системе крови;
д) местного и общего нарушения кровообращения;
е) комбинации различных видов гипоксии.
6. Смешанная гипоксия развивается вследствие:
а) нарушения в системе утилизации кислорода тканями;
б) снижения парциального давления кислорода в воздухе;
в) нарушения внешнего дыхания;
г) нарушения в системе крови;
д) местного и общего нарушения кровообращения;
е) комбинации различных видов гипоксии.